Dense medium cyclones are used extensively in the mineral processing industry to beneficiate various minerals including coal, diamonds and iron ore, amongst others. According to Reeves (2002), .the cyclone has been installed in over one-quarter of the coal preparation plants worldwide.. Dense medium cyclones have the ability to achieve high capacities, and simultaneously obtain sharp separations and high separation efficiencies. However, this piece of equipment does have a shortcoming in that its capacity is constrained by the solids carrying capacity of the spigot. This is termed the spigot capacity. There is uncertainty on whether the spigot capacities specified by DSM (Dutch State Mines), the original developers of the dense medium cyclone, can be increased or not, and how these capacities were determined. The purpose of this study is to establish a methodology to determine the spigot capacities of dense medium cyclones, and determine the parameters that influence these capacities. In order to illustrate the significance of increasing the capacity of dense medium cyclones, the following coal example is used: In 2005, South Africa produced about 245Mt of coal valued at R35.86 billion. A significant proportion of this coal is beneficiated through dense medium cyclones. Therefore, an increase in the cyclone capacity, even if relatively small, represents a large number in terms of tonnages of coal produced or monetary gains. It has been established clearly in this investigation that the maximum spigot capacity is reached at the onset of roping. A critical sinks ore concentration at which spigot overloading occurs has been observed. The simplest and best indicator of possible spigot overloading has been established to be the sinks ore concentration, measurement of this parameter could, however, prove challenging on most industrial cyclones. Further, spigot overloading of a dense medium cyclone can be detected visually by observing the discharge type at the sinks and monitoring particle misplacement to the floats stream. A regression model that quantifies the spigot capacity, in terms of ore and slurry, has been developed. Various parameters were considered in the model, these include: cyclone geometry, feed head, medium density, and medium grade. Parameters that influence the spigot capacity of dense medium cyclones have been established, and their effect on the spigot capacity has been quantified. The spigot capacity values obtained in this investigation were compared with those specified by DSM, and it was concluded that there is large potential to increase the .spigot capacities. specified by DSM. / Dissertation (MEng (Metallurgical))--University of Pretoria, 2008. / Materials Science and Metallurgical Engineering / unrestricted

Les directives de l'Union Européenne conditionnent la R&D du secteur automobile concernant l'utilisation de matériaux plus légers ayant pour but de réduire la consommation de carburant et une diminution de l’émission de gaz d’échappement. L’objectif est de mettre au point des aciers allégés d’au moins 10% (ρmax ≈ 7g/cm3). Les alliages fer-aluminium possèdent des propriétés physiques et mécaniques prometteuses mais présentent des défauts de surface appelés roping, apparaissant après l’emboutissage à froid. Cette étude a consisté à mieux comprendre les conditions de recristallisation au cours du laminage à chaud afin de contrôler la microstructure et ainsi limiter ces défauts. Il est généralement admis, lors d’une déformation à chaud, que les alliages ferritiques, à haute énergie de défaut d’empilement, donnent lieu aux processus de recristallisation dynamique géométrique (RDG) et de recristallisation dynamique continue (RDC). Dans cette étude, l’existence d’une transition entre les mécanismes de RDC et de recristallisation dynamique discontinue (RDD) a été mise en évidence pour des températures comprises entre 900 et 1100°C et des vitesses de déformation comprises entre 0,1 et 50s 1. La recristallisation post dynamique a aussi été étudiée afin d’observer l’évolution de la microstructure lors de maintiens en température. Un modèle développé antérieurement pour la RDC de l’aluminium a ensuite été utilisé afin de simuler une passe de laminage. Bien que la comparaison des résultats expérimentaux et simulés fasse apparaître un certain nombre de différences, ce modèle permet de reproduire qualitativement les évolutions de la microstructure. / The instructions of the European Union pilot the R&D in the automotive industry regarding the use of lightweight materials which aims at reducing fuel consumption and emission of exhaust gases.The objective is to develop steels of density reduced by at least 10% (ρmax ≈ 7g/cm3). Iron aluminum alloys display promising physical and mechanical properties but they often exhibit surface defects, referred to as roping, appearing after the deep drawing process. This study was carried out to better understand the conditions of recrystallization during hot rolling to control the microstructure and thereby limit these defects.During hot deformation, it is generally agreed that geometric dynamic recrystallization (GDRX) and continuous dynamic recrystallization (CDRX) operate in ferritic alloys with high stacking fault energy. In this study, the existence of a transition between CDRX and the mechanism of discontinuous dynamic recrystallization (DDRX) has been brought into evidence in the temperature range 900 1100°C and strain rate range 0.1-50s-1. Post-dynamic recrystallization was also studied to observe the evolution of microstructure during holding temperatures.A model formerly developed for the CDRX of aluminum was then used to simulate a rolling pass. Comparison of computed and experimental results shows some differences but this model can reproduce microstructural changes qualitatively.

Les directives de l'Union Européenne conditionnent la R&D du secteur automobile concernant l'utilisation de matériaux plus légers ayant pour but de réduire la consommation de carburant et une diminution de l'émission de gaz d'échappement. L'objectif est de mettre au point des aciers allégés d'au moins 10% (ρmax ≈ 7g/cm3). Les alliages fer-aluminium possèdent des propriétés physiques et mécaniques prometteuses mais présentent des défauts de surface appelés roping, apparaissant après l'emboutissage à froid. Cette étude a consisté à mieux comprendre les conditions de recristallisation au cours du laminage à chaud afin de contrôler la microstructure et ainsi limiter ces défauts. Il est généralement admis, lors d'une déformation à chaud, que les alliages ferritiques, à haute énergie de défaut d'empilement, donnent lieu aux processus de recristallisation dynamique géométrique (RDG) et de recristallisation dynamique continue (RDC). Dans cette étude, l'existence d'une transition entre les mécanismes de RDC et de recristallisation dynamique discontinue (RDD) a été mise en évidence pour des températures comprises entre 900 et 1100°C et des vitesses de déformation comprises entre 0,1 et 50s 1. La recristallisation post dynamique a aussi été étudiée afin d'observer l'évolution de la microstructure lors de maintiens en température. Un modèle développé antérieurement pour la RDC de l'aluminium a ensuite été utilisé afin de simuler une passe de laminage. Bien que la comparaison des résultats expérimentaux et simulés fasse apparaître un certain nombre de différences, ce modèle permet de reproduire qualitativement les évolutions de la microstructure.

Dans le cadre d'un programme de recherche visant à l'allègement de la structure des véhicules, l'origine de lignage dans des tôles en aluminium AA6016 a été étudiée. Ce phénomène, qui peut apparaître à la suite d'une déformation plastique, est apparenté à de la rugosité de surface alignée dans la direction de laminage (DL). Sa présence est néfaste à une bonne finition de surface, et son intensité est appréciée visuellement par les fabricants.Une méthode de quantification rationnelle a été développée. La caractérisation de la distribution morphologique des motifs de rugosité a été rendue possible par l'utilisation de fonctions fréquentielles telle la densité de puissance spectrale. La note globale, construite à partir de la quantification individuelle des composantes de lignage pur et de rugosité globulaire, s'est montrée en bon accord avec les estimations visuelles, et notamment avec le niveau de lignage intermédiaire regroupant plusieurs aspects de surface différents.La microstructure des matériaux à l'état T4 a été expérimentalement mesurée couche de grains par couche de grain à l'aide d'un couplage entre polissage contrôle et acquisition par EBSD. Les 4 à 5 premières couches sous la surface (-120μm) semblent jouer un rôle mécanique prépondérant dans la formation du lignage car elles offrent à la fois une grande taille de grains moyenne, une importante ségrégation d'orientations cristallines, et une forte similitude de longueurs d'onde entre la rugosité de surface et les motifs de la microtexture.Des simulations numériques ont permis de vérifier que les couples de texture identifiés (Cube/Goss, Cube/Aléatoire et Cube/CT18DN) possédaient des différences d'amincissements hors-plans suffisantes pour générer l'ondulation d'une couche d'éléments. En revanche, l'influence mécanique de cette même couche décroit très rapidement avec son enfouissement dans la profondeur et devient négligeable sous plus de 4 couches d'éléments. / As part of a project on aluminium alloys for vehicle weight reduction, the origins of roping in AA6016 aluminium sheets have been studied. This strain-induced phenomenon is related to surface roughness but involves narrow alignments along rolling direction (RD). Its lowers the surface quality, and its intensity is visually evaluated by vehicle manufacturers.An original quantification method is proposed. The morphological characterization of roughness features has been measured by using frequency functions such as the areal power spectral density. The overall roping quality mark, determined from quantifications of both the isotropic and unidirectional components, shows good agreement with the visual assessment, especially for the intermediate roping levels which exhibit several different surface appearances.The material microtexture has been experimentally measured through grain to grain layers by using serial sectioning and EBSD scans. The first 4 to 5 layers under the surface (-120μm) seem to play a leading role in the micromechanics of roping developpment since they simultaneously exhibit a high average grain size, significant segregation of crystallographic orientations, and a close similitude between surface roughness and microstructural feature wavelenghts.Numerical simulations verified that the identified texture pairs (Cube/Goss, Cube/Random and Cube/CT18DN) have sufficient out-of-plane strain difference to promote one element thick layer undulations. But, the mechanical influence of this layer decreases gradually with depth, and becomes negligible below 4 other layers.